CN107843334A - 一种软基水闸底板脱空的智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种软基水闸底板脱空的智能监测系统。包括数据采集系统和数据分析预警系统，数据采集系统包括九个均布在水闸底板下方以用于检测底板下部各处振动情况的振动传感器，振动传感器与所述数据分析预警系统控制连接，数据分析预警系统接收各个振动传感器的反馈信息，并通过将来自各个振动传感器的振动幅值、振动优势频率个数及大小与设定幅值、设定振动优势频率个数及大小的比较，以在超出设定幅值或设定振动优势频率个数及大小时通过报警装置发出警示信息。本发明无需复杂的特殊激励设备，可通过泄流激励实现，具有形式简单、施工方便、工程造价低、便于运行管理的特点，从而节约大量的物力、人力、财力和时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种软基水闸底板脱空的智能监测系统。
背景技术
水闸在长期运行过程中，在水流作用下，容易出现底板脱空、底板混凝土断裂、不均匀沉降等隐患，特别是建于软基上的水头相对较高的大中型水闸，更易出现底板脱空、甚至整体滑移失稳等灾害。如图1所示为闸室底板下部出现脱空时的状态示意图，鉴于水闸底板脱空属于隐蔽性破坏，常规的人工巡查、地质雷达、超声波等检测技术，因闸室底板厚度过大或工作条件复杂等因素而失效，人们无法在闸底板发生脱空与破坏前得到预警，对闸底板进行必要的维修，防止灾害发生。因此，需要一种在不影响水闸正常工作的情况下，能有效对水闸底板的脱空状况进行在线监测的系统，并在其脱空或结构失效前发出预警。
发明内容
本发明提出一种软基水闸底板脱空的智能监测系统，以解决水闸底板脱空状态监控困难以致无法在结构失效前提前预警的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：软基水闸底板脱空的智能监测系统包括数据采集系统和数据分析预警系统，数据采集系统包括九个呈“九宫格”布置方式均布在水闸底板下方以用于检测底板下部各处振动情况的振动传感器，振动传感器与所述数据分析预警系统控制连接，数据分析预警系统接收各个振动传感器的反馈信息，并通过将来自各个振动传感器的振动幅值、振动优势频率个数及大小与设定幅值、设定振动优势频率个数及大小的比较，以在超出设定幅值或设定振动优势频率个数及大小时通过报警装置发出警示信息；所述振动传感器的监测范围小于或等于15平方米，各个振动传感器的安装位置与底板的下表面的距离等于底板厚度的1/4～1/3且不大于40厘米。
进一步地，所述振动传感器为加速度传感器或速度传感器或位移传感器。
进一步地，所述数据分析预警系统还包括，在泄流激励下，无需特殊的激励设备，根据各个振动传感器反馈的幅值信号并结合与时间的关系绘制振动传感器工作波形图的波形图绘制模块。
进一步地，所述数据分析预警系统还包括直接根据各个振动传感器反馈的幅值信号并辨识对应的频率绘制振动传感器工作频谱图的频谱图绘制模块。
进一步地，所述数据分析预警系统还包括在获得水闸底板振动信号后对振动信号进行滤波消噪处理的降噪处理模块。
进一步地，所述数据分析预警系统还包括，根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的振动传感器位置，判定底板脱空的位置；根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的程度，判定底板脱空的程度，并进行分级预警的分级预警模块。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：通过数据采集系统的九个呈“九宫格”布置的振动传感器可在覆盖底板主要区域内进行数据采集，通过检测到的数据反馈给数据分析预警系统，数据分析预警系统可分析各个传感器的数据并分析数据，当分析到某处的振动数据幅值或振动优势频率个数及大小超过设定危险值时，则说明该处出现严重的脱空现象，则通过报警器提醒工作人员及时处理；当检测到某处的振动数据数值幅值或振动优势频率个数及大小超过设定的黄色预警设定值时，则代表存在小范围的脱空现象，这时则需要提醒工作人员在合适时机进行检修；采用本发明的软基水闸底板脱空的智能监测系统，适合于对水闸底板的脱空状态进行监测，在泄流激励下，可以及时发现闸室底板可能存在的脱空，快速找出脱空发生的位置及程度，以便采用相应工程措施加以修复和加固。本发明无需复杂的特殊激励设备，可通过泄流激励实现，具有形式简单、施工方便、工程造价低、便于运行管理的特点，从而节约大量的物力、人力、财力和时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为底板下部软基某处脱空时的状态示意图；
图2为本发明的软基水闸底板脱空的智能监测系统中的振动传感器的布置示意图；
图3为图2中A-A处的剖视图；
图4为本发明振动传感器工作波形图；
图5为本发明振动传感器工作频谱图；
图6为本发明软基水闸底板脱空的智能监测系统的系统流程图；
图中：1-闸墩，2-混凝土底板，3-脱空区域，4-振动传感器，5-闸室，10-底板正常工作的振动波形，10-底板轻微脱空的振动波形，12-底板严重脱空的振动波形，20-底板正常工作的频谱波形，21-底板轻微脱空的频谱波形，22-底板严重脱空的频谱波形；L1和L2分别为底板的宽度和长度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2-3所示，软基水闸底板脱空的智能监测系统包括数据采集系统和数据分析预警系统，数据采集系统包括九个呈“九宫格”布置方式均布在水闸底板2下方以用于检测底板2下部各处振动情况的振动传感器4，振动传感器4与所述数据分析预警系统控制连接，数据分析预警系统接收各个振动传感器4的反馈信息并通过将来自各个振动传感器4的振动幅值、振动优势频率个数及大小与设定幅值、设定振动优势频率个数及大小比较，以在超出设定幅值或设定振动优势频率个数及大小时通过报警装置发出警示信息；所述振动传感器4的监测范围小于或等于15平方米，各个振动传感器4的安装位置与底板2的下表面的距离等于底板2厚度的1/4～1/3且不大于40厘米。所述振动传感器4为加速度传感器或速度传感器或位移传感器。所述数据分析预警系统还包括根据各个振动传感器4反馈的幅值信号并结合与时间的关系绘制振动传感器4工作波形图的波形图绘制模块。所述数据分析预警系统还包括根据各个振动传感器4反馈的幅值信号并辨识对应的频率绘制振动传感器工作频谱图的频谱图绘制模块。所述数据分析预警系统还包括在获得水闸底板2振动信号后对振动信号进行滤波消噪处理的降噪处理模块。所述数据分析预警系统还包括根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的振动传感器位置，判定底板脱空的位置；根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的程度，判定底板脱空的程度，并进行分级预警的分级预警模块。
具体为：在浇注地基附近的水闸底板2混凝土时，在底板块底面埋设一定数量的垂向振动传感器4，传感器类型可以为：加速度传感器、速度传感器、位移传感器。要求每个垂向振动传感器4的监测范围不大于15平方米，安装位置距离底板基础不超过水闸底板2厚度的1/4-1/3，且不大于40cm。然后浇注混凝土直到底板2最终完成。
当预埋件都安装完毕后，将信号导线接入控制室的安装有专用软件的计算机上，对水闸底板2的脱空度进行监测与预警。假设闸室5的底板2与地基无脱空，底板2工作正常时，计算机上显示的振动传感器4波形幅值较小，振动波形较平稳，反演得到的水闸底板2振动频率指标相对平稳，无明显优势频率。当闸室5的底板2与地基有一定脱空时，脱空位置附近的振动传感器4波形幅值加剧，对应的工作频谱图显示有一定的主频，显示器终端黄色预警，这时需对底板2脱空位置进行检修。当底板2大面积脱空时，振动感器的波形波动幅值强烈，对应的工作频谱图显示多个优势频率信息，且主频信息明显，主频较有一定脱空时对应的主频值要小，显示器终端红色预警，这时需要对底板2进行抢修。
在水闸过水工况下，通过传感器设备得到的底板2振动数据，可以反演得到水闸底板2工作模态参数，然后通过对比分析水闸在相同运行工况下(闸前水位、闸门开度、闸后水位等参数相同)，水闸底板2振动幅值与模态参数的异常变化，来判断水闸底板2是否存在与地基之间的脱空，并根据测试振动信息的异常程度及所监测的部位，对水闸底板2的脱空度及脱空位置进行判断，并为水闸结构的安全运行提供预警。
通过数据采集系统的九个呈“九宫格”布置的振动传感器4可在覆盖底板2主要区域内进行数据采集，通过检测到的数据反馈给数据分析预警系统，数据分析预警系统可分析各个传感器的数据并分析数据，当分析到某处的振动数值或振动优势频率个数及大小超过设定危险值时，则说明该处出现严重的脱空现象，则通过报警器提醒工作人员及时处理；当检测到某处的振动数据数值或振动优势频率个数及大小超过设定的黄色预警设定值时，则代表存在小范围的脱空现象，这时则需要提醒工作人员在合适时机进行检修；采用本发明的软基水闸底板2脱空的智能监测系统，适合于对水闸底板2的脱空状态进行监测，在泄流激励下，可以及时发现闸室5底板2可能存在的脱空，快速找出脱空发生的位置及程度，以便采用相应工程措施加以修复和加固。本发明无需复杂的特殊激励设备，可通过泄流激励实现，具有形式简单、施工方便、工程造价低、便于运行管理的特点，从而节约大量的物力、人力、财力和时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，包括：数据采集系统和数据分析预警系统，数据采集系统包括九个呈“九宫格”布置方式均布在水闸底板下方以用于检测底板下部各处振动情况的振动传感器；振动传感器与所述数据分析预警系统控制连接，数据分析预警系统接收各个振动传感器的反馈信息，并通过将来自各个振动传感器的振动幅值、振动优势频率个数及大小与设定幅值、设定振动优势频率个数及大小的比较，以在超出设定幅值或设定振动优势频率个数及大小时通过报警装置发出警示信息，所述振动传感器的监测范围小于或等于15平方米，各个振动传感器的安装位置与底板的下表面的距离等于底板厚度的1/4～1/3且不大于40厘米。
2.根据权利要求1所述的软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，所述振动传感器为加速度传感器或速度传感器或位移传感器。
3.根据权利要求1或2所述的软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，所述数据分析预警系统还包括,根据各个振动传感器反馈的幅值信号并结合与时间的关系绘制振动传感器工作波形图的波形图绘制模块。
4.根据权利要求1或2所述的软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，所述数据分析预警系统还包括直接根据各个振动传感器反馈的幅值信号并辨识对应的频率绘制振动传感器工作频谱图的频谱图绘制模块。
5.根据权利要求1或2所述的软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，所述数据分析预警系统还包括在获得水闸底板振动信号后对振动信号进行滤波消噪处理的降噪处理模块。
6.根据权利要求1或2所述的软基水闸底板脱空的智能监测系统，其特征在于，所述数据分析预警系统还包括根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的振动传感器位置，判定底板脱空的位置；根据振动传感器振动幅值与工作优势频率个数及大小发生异常的程度，判定底板脱空的程度，并进行分级预警的分级预警模块。
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